Srovnání hvězdných a delta spojení: Informační článek od Polymernagrev

Téměř všechny domácí elektrické spotřebiče jsou navrženy pro 220 V. Bez přemýšlení je zapojíme do zásuvky a užíváme si provoz zařízení. Někdy ale potřebujete připojit asynchronní motor určený pro 380 V. Pro jeho spuštění můžete použít speciální obvod, který umožňuje připojit elektromotor k jednofázové síti, ale budete se muset vyrovnat se ztrátou výkonu. Je možné přeměnit jednofázovou síť na třífázovou a jak z 220 voltů udělat 380 voltů?

Ukazuje se, že taková příležitost existuje. Existuje několik způsobů, jak získat 380 V z jednofázové sítě. Níže si ukážeme, jak to udělat, ale nejprve si pojďme zjistit, jak se jednofázová síť liší od třífázové.

Teorie

V průmyslových elektrárnách vyrábějí generátory třífázový proud a zvyšují jeho napětí na desítky i stovky kilovoltů. Elektřina je spotřebitelům dodávána prostřednictvím elektrického vedení. Před tím ale proud jde do výkonového transformátoru, který sníží napětí na 380 V. Z rozvodny jde elektřina do spotřebitelské sítě.

V třífázové síti je proud přiváděn tak, že všechny tři jsou vůči sobě posunuty o 120 stupňů. Napětí mezi fázemi je 380 V a mezi fází a nulovým vodičem 220 V (viz obr. 1). Jedná se o napětí, které je přiváděno do každého bytu.

Protože naším cílem je získat 380 V z jednofázové sítě, přejdeme k metodám převodu 220 V na 380.

Metody získání 380 voltů z 220

Zvažme hlavní metody přeměny 220 voltů na plný třífázový proud s napětím 380 V:

• použití elektronického měniče napětí;
• pomocí transformátoru;
• použití tří fází;
• použití třífázového motoru jako generátoru;
• pomocí kondenzátorového obvodu.

Napěťový transformátor

Nejjednodušší a nejspolehlivější způsob, jak převést 220 V na 380 V, je koupit si elektronický měnič napětí. (Viz obr. 2). Toto zařízení se často nazývá střídač. Toto zařízení se snadno ovládá a generuje vysoce kvalitní třífázový proud. Výkon střídačů sice není příliš velký, ale obvykle stačí pro většinu třífázových domácích spotřebičů.

Měnič je také dobrý, protože má vestavěnou funkci ochrany proti přetížení a zkratu. To znamená, že se elektromotor v důsledku zkratu nepřehřeje ani neselže.

Vysoké kvality proudu je dosaženo díky principu fungování zařízení. Střídač nejprve usměrní střídavý jednofázový proud a poté generuje třífázové napětí s danou frekvencí a standardním fázovým posunem. Počet fází může být více než 3 (s odpovídajícím úhlem posunu).

Použití transformátoru

S pomocí zvyšujícího transformátoru můžete získat jakékoli napětí, včetně 380 V. Pokud vás však zajímá třífázové napětí, pak potřebujete speciální třífázový transformátor, který převádí jednofázový proud na třífázový. Takové transformátory jsou k dispozici v prodeji.

Vinutí transformátoru jsou zapojena do hvězdy nebo trojúhelníku. Napětí jednofázové sítě je přiváděno přímo do dvou primárních vinutí a do třetího přes kondenzátor. V tomto případě se kapacita kondenzátoru volí na základě výpočtu 7 μF na každých 100 W výkonu.

Upozorňujeme, že jmenovité napětí kondenzátoru nesmí být nižší než 400 V. Takové zařízení nelze zapnout bez zátěže.

I když tímto způsobem získáme požadovaných 380 V, stále dojde ke snížení výkonu elektromotoru (pokud jej plánujete připojit k transformátoru). V souladu s tím se sníží i účinnost motoru.

Použití 3 fází

Pokud bydlíte v bytovém domě, pak jsou k němu již připojeny 3 fáze, které jsou rozloženy mezi jednotlivé byty za účelem optimálního rozložení zátěže. Na každém patře jsou rozvodné skříně, odkud můžete do bytu přivést chybějící dvě fáze. To ale bude vyžadovat povolení.

Pokud si přejete, můžete získat povolení od dodavatele energie nebo se dohodnout s Úřadem pro energetický dohled na instalaci třífázového napájení ve vašem bytě. V tomto případě budete muset nainstalovat třífázový elektroměr.

Použití elektromotoru

Pravděpodobně víte, že rotor konvenčního třífázového motoru se po rozběhu po odpojení jedné fáze stále otáčí. Ukazuje se, že mezi svorkou odpojeného vinutí a svorkami, které jsou v provozu, existuje elektromotorické napětí.

Fázový posun mezi vinutími statoru závisí pouze na jejich umístění. U třífázového motoru jsou tyto cívky umístěny pod úhlem 120º, což znamená, že poskytují stejný úhel fázového posunu. Tato okolnost naznačuje, že asynchronní třífázový motor lze použít k získání 380 voltů z běžné jednofázové sítě. Jednoduché schéma zapojení elektromotoru je znázorněno na obrázku 3. Kondenzátor ve schématu je potřeba pouze ke spuštění motoru. Po spuštění jej lze odpojit. Vezmeme kondenzátor typu MBGO, MBGP, MBGT nebo K42-4, jehož pracovní napětí musí být alespoň 600 V. Můžete použít kondenzátor K42-19 s pracovním napětím alespoň 250 V.

Příklad zapojení fázově posuvného kondenzátoru je uveden na obr. 3.

Parametry kondenzátoru se volí v závislosti na výkonu motoru. Parametry fázově posuvného kondenzátoru neovlivňují kvalitu generovaného proudu. Zátěž je připojena k vinutím statoru podle schématu znázorněného na obr. 4.

Otáčky rotoru jsou téměř nezávislé na napětí jednofázové sítě, takže je lze považovat za konstantní. To znamená, že frekvence třífázového proudu při jmenovitém zatížení se nezmění.

Je třeba mít na paměti, že výkon třífázového motoru napájeného z jednofázové sítě klesá. Jmenovitý výkon třífázové zátěže bude tedy přibližně o třetinu nižší než výkon uvedený v pasu elektromotoru.

Elektromotor jako generátor

Dalším způsobem, jak získat 220 V z 380 V, je vytvoření systému motor-generátor. Jako motor lze použít jakýkoli elektromotor napájený ze sítě 220 V a jako generátor lze použít upravený třífázový asynchronní motor (viz schéma instalace na obr. 5).

Hned poznamenáme, že účinnost takového uspořádání je sporná, ale je možné tímto způsobem dosáhnout požadovaného napětí 380 V. V tomto obvodu je nutné zajistit takovou frekvenci otáčení rotoru, aby generátor produkoval proud s frekvencí 50 Hz. K tomu je nutné otáčet hřídelí úhlovou rychlostí 1500 ot/min.

Doma lze jako pohon použít jednofázový motor z pračky nebo jiného domácího spotřebiče. Důležité je pouze zajistit požadovanou úhlovou rychlost otáčení rotoru.

Protože otáčení hřídele elektromotorů pracujících například v pračce je asi 12 – 20 tisíc ot./min, je nutné použít řemenice, jejichž průměry jsou vztaženy jako 1 ku 10. To znamená, že pro zajištění otáčení rotoru generátoru rychlostí 1500 ot./min můžete vzít řemenici, která je již namontována na elektromotoru z pračky, a na hřídel třífázového motoru nasadit řemenici s průměrem 10krát větším.

Závěry

Existuje několik způsobů, jak získat 380 voltů ze sítě 220 V. Nejúčinnějším způsobem je použití elektronického střídače:

• stabilní proudové parametry;
• bezpečný provoz;
• zajištění deklarovaného výstupního výkonu;
• kompaktnost instalace.

Všechny výše uvedené metody převodu 220 voltů na 380 fungují, takže mají právo na existenci. Musíte se však připravit na ztrátu energie a potíže s dosažením dalších parametrů proudu, včetně jeho frekvenčních charakteristik.

Zapojení hvězda a trojúhelník – jedná se o dva typy zapojení v třífázových obvodech. Zapojení do hvězdy je 4vodičový systém a zapojení do trojúhelníku je 3vodičový systém. Než se pustíme do podrobností o zapojení do hvězdy, trojúhelníku a jejich srovnání, promluvme si více o jednofázové a třífázové elektřině.

Rozdíl mezi jednofázovými a třífázovými napájecími zdroji

Téměř 90 % elektřiny, kterou v každodenním životě využíváme, pochází z variabilního zdroje. Ať už se jedná o naše domácí spotřebiče, kancelářské vybavení nebo průmyslové vybavení, k napájení těchto zařízení používáme střídavý proud. Pokud jste začátečník tak střídavý proudje druh elektřiny, ve kterém se elektrický proud periodicky mění, a to jak ve velikosti, tak ve směru. Navíc, v závislosti na aplikaci, střídavý proud může být dodáván buď v jednofázovém nebo třífázovém systému. Jednofázový napájecí systém Střídavý proud se skládá ze dvou vodičů známých jako fázový a nulový vodič. U třífázového systému používáte k přenosu energie buď tři vodiče (u třívodičového, třífázového napájení není nulový vodič a všechny tři vodiče jsou fáze) nebo čtyři vodiče. Pojďme nyní do detailů jednofázových a třífázových systémů a také se podívejme na rozdíl mezi jednofázovými a třífázovými napájecími zdroji.

Co je to jednofázové napájení?

Jak již bylo zmíněno dříve, v jednofázovém napájecím zdroji je energie distribuována pouze pomocí dvou vodičů nazývaných fázový a neutrální. Protože střídavý proud má podobu sinusové vlny, napětí v jednofázové síti vrcholí při 90° během kladného cyklu a znovu při 270° během záporného cyklu.

• Jedná se o velmi běžnou formu napájení pro nejmenší požadavky na napájení. Téměř všechny domácí elektrické systémy jsou jednofázové, protože domácí spotřebiče vyžadují malé množství energie pro provoz světel, ventilátorů, chladičů, ohřívačů, malých klimatizací atd.
• Návrh a provoz jednofázového elektrického systému je často jednoduchý.
• V závislosti na regionu stačí jednofázový výkon pro zátěže do 2500 W.

• Malé jednofázové motory (obvykle méně než 1 kW) nelze spustit přímo pomocí jednofázového napájení, protože pro motor není dostatečný rozběhový moment. Pro správnou funkci jsou tedy nutné další obvody, jako jsou spouštěče motorů (jako spouštěcí kondenzátory ve ventilátorech a čerpadlech).
• Těžké zátěže, jako jsou průmyslové motory, některá vysoce výkonná průmyslová topidla a další zařízení, nemohou pracovat na jednofázovém napájení.

Co je třífázové napájení?

Třífázové napájení sestává ze tří silových vodičů (nebo tří fází). Také v závislosti na typu obvodu (který jsou dva typy: hvězda a trojúhelník), můžete nebo nemusíte mít neutrální vodič. V třífázovém napájecím systému je každý signál střídavého napájení vzájemně fázově posunutý o 120 0 .

V třífázovém napájecím zdroji by během jednoho cyklu 360 0 každá fáze dosáhla své špičkové hodnoty napětí dvakrát. Navíc výkon nikdy neklesne na nulu. Tento konstantní tok energie a schopnost zvládat vyšší zatížení činí třífázový výkon vhodný pro průmyslové a komerční aplikace.

Jak již bylo zmíněno dříve, existují dva typy konfigurací obvodů v třífázovém napájecím zdroji. Tento Trojúhelník a hvězda. V konfiguraci trojúhelníku není nulový vodič a všechny vysokonapěťové systémy používají tuto konfiguraci.

Pokud jde o konfiguraci Wye, je zde nulový vodič (společná svorka/bod obvodu Wye) a zemnící vodič (někdy).

Napětí mezi dvěma fázemi v třífázovém napájecím zdroji je 380 V a mezi fází a nulovým vodičem je 220 V. Proto můžete zajistit tři jednofázové napájecí zdroje pomocí třífázového napájecího zdroje (jak se běžně dělá pro obytné a aplikace pro malé firmy).

POZNÁMKA. Je rozdíl mezi přímým třífázovým napájením a třífázovým napájením rozděleným do tří jednofázových napájecích zdrojů.

Výhody třífázového napájení

• Pro stejný výkon používá třífázový zdroj méně vodičů než jednofázový zdroj.
• Třífázové napájení je obecně preferovaným zdrojem pro komerční a průmyslové zátěže. I když v některých zemích (například ve většině evropských zemí) je i dodávka elektřiny pro domácnosti třífázová.
• Velmi snadno můžete provozovat velké zátěže.
• Velké třífázové motory (běžně používané v průmyslu) nevyžadují startér, protože fázový rozdíl v třífázovém napájecím zdroji bude dostatečný k zajištění dostatečného počátečního točivého momentu pro spuštění motoru.
• Téměř veškerá energie se vyrábí třífázově. Přestože koncept vícefázového napájení existuje, výzkum ukázal, že třífázový napájecí zdroj je ekonomičtější a snáze se vyrábí.
• Celková účinnost třífázového zdroje je vyšší ve srovnání s jednofázovým zdrojem při stejné zátěži.

Rozdíl mezi jednofázovými a třífázovými napájecími zdroji

• Jednofázový systém sestává pouze ze dvou vodičů (drátů): jeden se nazývá fáze (někdy linkový, proudový nebo horký), kterým proud protéká, a druhý se nazývá nulový vodič, který funguje jako zpětná cesta k dokončení obvodu.
• V třífázovém systému máme minimálně tři vodiče nebo dráty přenášející střídavé napětí. Je ekonomičtější přenášet energii pomocí třífázového napájecího zdroje ve srovnání s jednofázovým napájecím zdrojem, protože třífázový napájecí zdroj může přenášet třikrát více energie s pouhými třemi vodiči ve srovnání s dvouvodičovým jednofázovým napájecím zdrojem. .

V důsledku toho je většina elektřiny vyrobené a distribuované ve skutečnosti třífázová (ale většina domácností bude dostávat jednofázovou energii).

Pojďme nyní stručně zdůraznit hlavní body rozdílu mezi jednofázovými a třífázovými napájecími zdroji.

• V jednofázovém napájecím zdroji je energie dodávána prostřednictvím dvou vodičů nazývaných fázový a nulový vodič. U třífázového napájení je napájení dodáváno třemi vodiči (čtyři vodiče, pokud je součástí nulový vodič).
• Jednofázové napájecí napětí je 220 V a třífázové napájecí napětí je 380 V.
• Pro stejný příkon vyžaduje jednofázový zdroj více vodičů než třífázový zdroj.
• Účinnost třífázového zdroje je mnohem vyšší než u jednofázového zdroje a také vysílací výkon je větší.
• Protože jednofázové napájení používá pouze dva vodiče, celková složitost sítě je menší ve srovnání se čtyřvodičovým třífázovým zdrojem napájení (včetně nulového vodiče).

Spojení hvězda a trojúhelník

Třífázový napájecí systém lze organizovat dvěma způsoby. Jsou to: hvězda (také nazývaná Y) a trojúhelník (Δ).

Hvězdné spojení

V zapojení do hvězdy jsou 3-fázové vodiče připojeny ke společnému nebo hvězdnému bodu a nulový vodič se odebírá z tohoto společného bodu.

Pokud se používají pouze třífázové vodiče, pak se nazývá třífázový třívodičový systém. Pokud se také používá neutrální bod (což je často případ), pak se nazývá 3fázový 4vodičový systém. Následující obrázek ukazuje typické zapojení do hvězdy.

Delta připojení

V zapojení do trojúhelníku jsou pouze 3 vodiče pro rozvod a všechny 3 vodiče jsou fáze (v zapojení do trojúhelníku není nulový vodič). Následující obrázek ukazuje typické zapojení Delta.

Porovnání hvězdicových a trojúhelníkových zapojení

Pojďme se o těchto spojeních dozvědět více pomocí následujícího srovnání spojení hvězda a trojúhelník.

Hvězdicové připojení (Y)

Delta připojení (Δ)

Připojení do hvězdy je 4vodičové připojení (v některých případech je 4. vodič volitelný).

Zapojení do trojúhelníku je 3vodičové připojení.

K dispozici jsou dva typy systémů připojení do hvězdy: 4vodičový 3fázový systém a 3vodičový 3fázový systém.

V zapojení do trojúhelníku je možný pouze 3vodičový 3fázový systém.

Ze 4 vodičů jsou 3 vodiče pod napětím a 1 vodič je nulový (což je společný bod 3 vodičů).

Všechny 3 vodiče jsou fáze delta.

Při hvězdicovém zapojení je jeden konec všech tří vodičů připojen ke společnému bodu ve tvaru Y, takže všechny tři otevřené konce tří vodičů tvoří tři fáze a společný bod tvoří nulu.

Při zapojení do trojúhelníku je každý vodič spojen se dvěma sousedními vodiči ve tvaru trojúhelníku (Δ) a všechny tři společné spojovací body tvoří tři fáze.

Společný bod hvězdicového spojení se nazývá Neutrální.

V zapojení do trojúhelníku není žádný neutrál

Síťové napětí (napětí mezi libovolnými dvěma fázemi) a fázové napětí (napětí mezi jakoukoli fází a nulovým vodičem) se liší.

Síťové napětí a fázové napětí jsou stejné.

Síťové napětí se rovná trojnásobku fázového napětí, tzn. VL = √3VP. Zde VL je síťové napětí a VP je fázové napětí.

Síťové napětí se rovná fázovému napětí, tzn. VL = VP.

Při zapojení do hvězdy můžete použít dvě různá napětí, protože VL a VP jsou různé. Například v systému 220/380V je napětí mezi libovolným fázovým vodičem a nulovým vodičem 220V a napětí mezi libovolnými dvěma fázemi je 380V.

V zapojení do trojúhelníku získáme pouze jednu hodnotu napětí.

Síťový proud a fázový proud jsou stejné.

Síťový proud je trojnásobkem fázového proudu.

V zapojení do hvězdy IL = IP. Zde IL je proud ve vedení a IP je fázový proud.

V zapojení do trojúhelníku IL = √3 IP

Celkový třífázový výkon v zapojení do hvězdy lze vypočítat pomocí následujících vzorců.
P = 3 x VP x IP x Cos(Φ) popř
P = √3 x VL x IL x Cos(Φ)

Celkový třífázový výkon v zapojení do trojúhelníku lze vypočítat pomocí následujících vzorců.
P = 3 x VP x IP x Cos(Φ) popř
P = √3 x VL x IL x Cos(Φ)

Protože síťové napětí a fázové napětí jsou různé (VL = √3 VP), je izolace požadovaná pro každou fázi menší v zapojení do hvězdy.

V zapojení do trojúhelníku je napětí vedení a fáze stejné, proto je nutná dodatečná izolace jednotlivých fází.

Typicky se hvězdicové zapojení používá v přenosových i distribučních sítích (buď jednofázové nebo třífázové).

Zapojení do trojúhelníku se běžně používá v distribučních sítích.

Vzhledem k tomu, že je zapotřebí méně izolace, lze hvězdicové zapojení použít na delší vzdálenosti.

Na kratší vzdálenosti se používají trojúhelníkové spoje.

Hvězdicová spojení se často používají v aplikacích vyžadujících menší zapínací proud.

Trojúhelníkové spoje se často používají v aplikacích vyžadujících vysoký rozběhový moment.